Proces PECVD

Chemiczne osadzanie z fazy gazowej wspomagane plazmą (PECVD) to technologia szeroko stosowana w produkcji chipów. Wykorzystuje energię kinetyczną elektronów w plazmie do aktywacji reakcji chemicznych w fazie gazowej, uzyskując w ten sposób osadzanie cienkowarstwowe. Plazma to zbiór jonów, elektronów, neutralnych atomów i cząsteczek, który w skali makroskopowej jest elektrycznie obojętny. Plazma może przechowywać dużą ilość energii wewnętrznej i na podstawie jej charakterystyki temperaturowej dzieli się ją na plazmę termiczną i plazmę zimną. W systemach PECVD stosowana jest zimna plazma, która powstaje w wyniku wyładowania gazu pod niskim ciśnieniem w celu wytworzenia nierównowagowej plazmy gazowej.

Jakie są właściwości zimnej plazmy?

Losowy ruch termiczny: Losowy ruch termiczny elektronów i jonów w plazmie przekracza ich ruch kierunkowy.

Proces jonizacji: powodowany głównie przez zderzenia szybkich elektronów i cząsteczek gazu.

Dysproporcja energii: średnia energia ruchu termicznego elektronów jest o 1 do 2 rzędów wielkości wyższa niż w przypadku ciężkich cząstek (takich jak cząsteczki, atomy, jony i rodniki).

Mechanizm kompensacji energii: Straty energii powstałe w wyniku zderzeń elektronów z ciężkimi cząstkami mogą być kompensowane przez pole elektryczne.

Ze względu na złożoność niskotemperaturowej plazmy nierównowagowej opisanie jej charakterystyki za pomocą kilku parametrów jest trudne. W technologii PECVD podstawową rolą plazmy jest generowanie aktywnych chemicznie jonów i rodników. Te aktywne związki mogą reagować z innymi jonami, atomami lub cząsteczkami lub inicjować uszkodzenie sieci i reakcje chemiczne na powierzchni podłoża. Wydajność substancji aktywnych zależy od gęstości elektronów, stężenia reagentów i współczynników wydajności, które są powiązane z natężeniem pola elektrycznego, ciśnieniem gazu i średnią swobodną drogą zderzeń cząstek.

Czym PECVD różni się od tradycyjnego CVD?

Główna różnica między PECVD a tradycyjnym chemicznym osadzaniem z fazy gazowej (CVD) polega na termodynamicznych zasadach reakcji chemicznych. W PECVD dysocjacja cząsteczek gazu w plazmie jest nieselektywna, co prowadzi do osadzania się warstw folii, które mogą mieć unikalny skład w stanie nierównowagowym, nieograniczonym kinetyką równowagi. Typowym przykładem jest tworzenie folii amorficznych lub niekrystalicznych.

Charakterystyka PECVD

Niska temperatura osadzania: Pomaga to zmniejszyć naprężenia wewnętrzne spowodowane niedopasowanymi współczynnikami liniowej rozszerzalności cieplnej pomiędzy folią a materiałem podłoża.

Wysoka szybkość osadzania: Szczególnie w warunkach niskiej temperatury ta cecha jest korzystna przy otrzymywaniu folii amorficznych i mikrokrystalicznych.

Zmniejszone uszkodzenia termiczne: Proces niskotemperaturowy minimalizuje uszkodzenia termiczne, zmniejsza dyfuzję wzajemną i reakcje pomiędzy folią a materiałem podłoża oraz zmniejsza wpływ wysokich temperatur na właściwości elektryczne urządzeń.